(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024157431
(43)【公開日】2024-11-07
(54)【発明の名称】レーザ加工装置
(51)【国際特許分類】
H01S 5/0683 20060101AFI20241030BHJP
H01S 5/02253 20210101ALI20241030BHJP
H01S 5/02251 20210101ALI20241030BHJP
B23K 26/00 20140101ALI20241030BHJP
B23K 26/067 20060101ALI20241030BHJP
【ＦＩ】
H01S5/0683
H01S5/02253
H01S5/02251
B23K26/00 N
B23K26/00 M
B23K26/067
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023071796
(22)【出願日】2023-04-25
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金武 知樹
(72)【発明者】
【氏名】瀧 成治
(72)【発明者】
【氏名】持山 智浩
【テーマコード（参考）】
4E168
5F173
【Ｆターム（参考）】
4E168CA02
4E168CA04
4E168DA13
4E168DA26
4E168EA03
4E168EA09
4E168EA17
4E168KA04
5F173MA08
5F173MB03
5F173ME44
5F173MF03
5F173MF04
5F173MF23
5F173MF27
5F173MF29
5F173MF39
5F173MF40
5F173SC10
5F173SE01
5F173SF03
5F173SF07
5F173SF32
5F173SF43
5F173SF67
(57)【要約】
【課題】パワーモニタの検出値が安定しない期間にも、出射ヘッドの光出力を精度良く制御できるようにする。
【解決手段】レーザ加工装置に、パラメータ記憶部６２を設け、制御部６１に、発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づくパラメータをパラメータ記憶部６２に保存させる。制御部６１を、各発光制御中に、その発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づいて電流指令値を算出する第１モードと、過去の発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づくパラメータ記憶部６２に保存されたパラメータを参照して、電流指令値を算出する第２モードとで動作可能とする。
【選択図】図２
【解決手段】レーザ加工装置に、パラメータ記憶部６２を設け、制御部６１に、発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づくパラメータをパラメータ記憶部６２に保存させる。制御部６１を、各発光制御中に、その発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づいて電流指令値を算出する第１モードと、過去の発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づくパラメータ記憶部６２に保存されたパラメータを参照して、電流指令値を算出する第２モードとで動作可能とする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を出射する複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードから出射されたレーザ光を集光するレンズ又は光学ユニットからなる光合成部と、
前記光合成部により出射されたレーザ光を、第１分割光及び第２分割光に分割する部分透過ミラーと、
前記第１分割光の光量を検出するパワーモニタと、
前記第２分割光を出射ヘッドに導く伝送ファイバと、
電流指令値に応じた電流を前記複数のレーザダイオードに流す電源と、
前記電流指令値を出力することにより、前記複数のレーザダイオードに前記レーザ光を連続して出射させる発光制御を実行する制御部とを備えたレーザ加工装置であって、
パラメータ記憶部をさらに備え、
前記制御部は、
前記発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づくパラメータを前記パラメータ記憶部に保存し、
各前記発光制御中に、当該発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づいて前記電流指令値を算出する第１モードと、過去の前記発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づく前記パラメータ記憶部に保存された前記パラメータを参照して、前記電流指令値を算出する第２モードとで動作可能であることを特徴とするレーザ加工装置。
前記複数のレーザダイオードから出射されたレーザ光を集光するレンズ又は光学ユニットからなる光合成部と、
前記光合成部により出射されたレーザ光を、第１分割光及び第２分割光に分割する部分透過ミラーと、
前記第１分割光の光量を検出するパワーモニタと、
前記第２分割光を出射ヘッドに導く伝送ファイバと、
電流指令値に応じた電流を前記複数のレーザダイオードに流す電源と、
前記電流指令値を出力することにより、前記複数のレーザダイオードに前記レーザ光を連続して出射させる発光制御を実行する制御部とを備えたレーザ加工装置であって、
パラメータ記憶部をさらに備え、
前記制御部は、
前記発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づくパラメータを前記パラメータ記憶部に保存し、
各前記発光制御中に、当該発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づいて前記電流指令値を算出する第１モードと、過去の前記発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づく前記パラメータ記憶部に保存された前記パラメータを参照して、前記電流指令値を算出する第２モードとで動作可能であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項2】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記過去の前記発光制御は、前回の前記発光制御であることを特徴とするレーザ加工装置。
前記過去の前記発光制御は、前回の前記発光制御であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項3】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記制御部が前記第２モードにおいて前記電流指令値を算出するために参照する前記パラメータは、前回の前記発光制御中に最後に取得した前記パワーモニタの検出値に基づくものであることを特徴とするレーザ加工装置。
前記制御部が前記第２モードにおいて前記電流指令値を算出するために参照する前記パラメータは、前回の前記発光制御中に最後に取得した前記パワーモニタの検出値に基づくものであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項4】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記伝送ファイバからの散乱光の光量を検出する散乱光検出部を備え、
前記制御部は、前記発光制御中に、前記散乱光検出部の検出値に基づく所定の条件が満たされたか否かの判定を行い、前記所定の条件が満たされている場合には、前記第１モードで動作し、前記所定の条件が満たされていない場合には、前記第２モードで動作することを特徴とするレーザ加工装置。
前記伝送ファイバからの散乱光の光量を検出する散乱光検出部を備え、
前記制御部は、前記発光制御中に、前記散乱光検出部の検出値に基づく所定の条件が満たされたか否かの判定を行い、前記所定の条件が満たされている場合には、前記第１モードで動作し、前記所定の条件が満たされていない場合には、前記第２モードで動作することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項5】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、
前記散乱光検出部は、前記パワーモニタとは別に設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
前記散乱光検出部は、前記パワーモニタとは別に設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項6】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、
前記散乱光検出部は、前記パワーモニタであることを特徴とするレーザ加工装置。
前記散乱光検出部は、前記パワーモニタであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項7】
請求項４～６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記複数のレーザダイオードによる前記レーザ光の出射を開始してから、前記散乱光検出部の検出値の平均値を所定の単位時間毎に繰り返し取得した場合に、ｋ回目に取得した平均値をＳ（ｋ）とすると、
前記所定の条件は、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値を所定回数連続で取得し終えたという条件であることを特徴とするレーザ加工装置。
前記複数のレーザダイオードによる前記レーザ光の出射を開始してから、前記散乱光検出部の検出値の平均値を所定の単位時間毎に繰り返し取得した場合に、ｋ回目に取得した平均値をＳ（ｋ）とすると、
前記所定の条件は、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値を所定回数連続で取得し終えたという条件であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項8】
請求項５に記載のレーザ加工装置において、
前記所定の条件は、前記散乱光検出部の検出値に基づいて算出される前記出射ヘッドの光出力から、前記パワーモニタの検出値に基づいて算出される前記出射ヘッドの光出力を引いた差が、所定閾値以下となることであることを特徴とするレーザ加工装置。
前記所定の条件は、前記散乱光検出部の検出値に基づいて算出される前記出射ヘッドの光出力から、前記パワーモニタの検出値に基づいて算出される前記出射ヘッドの光出力を引いた差が、所定閾値以下となることであることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、複数のレーザダイオードから出射されたレーザ光を集光して出射ヘッドから出射するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、レーザ光を出射するレーザダイオードと、レーザダイオードから出射されたレーザ光を集光するレンズからなる光合成部と、前記光合成部により出射されたレーザ光を、第１分割光及び第２分割光に分割する部分透過ミラーと、前記第１分割光の光量を検出するパワーモニタと、前記第２分割光を出射ヘッドに導く伝送ファイバと、前記パワーモニタの検出値を用いて電流指令値を算出する制御部と、前記制御部によって算出された前記電流指令値に応じた電流を前記レーザダイオードに供給する電源とを備えたレーザ加工装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６０５０６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献１に開示されたようなレーザ加工装置では、レーザダイオードがレーザ光の出射を開始した直後等、パワーモニタの検出値が安定しない期間がある。例えば、レーザダイオードがレーザ光の出射を開始した直後に、レーザ加工装置内の温度変化により、伝送ファイバへの入射光の入射面における位置が本来の位置からずれるいわゆる光軸ずれが生じる。このとき、光軸ずれにより伝送ファイバからの散乱光が増大し、レーザ加工装置の筐体内で多重反射した後パワーモニタに入射し、その結果、パワーモニタの検出値が、出射ヘッドの実際の光出力（出射光の出力）に対応する値よりも大きくなる。したがって、伝送ファイバからの散乱光が光軸ずれによって増大している期間のパワーモニタの検出値に基づいて算出した電流指令値を、光軸ずれが収まった後に用いると、出射ヘッドの光出力が想定値よりも小さくなってしまう。
【0005】
本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パワーモニタの検出値が安定しない期間にも、出射ヘッドの光出力を精度良く制御できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成するため、本開示は、レーザ光を出射する複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードから出射されたレーザ光を集光するレンズ又は光学ユニットからなる光合成部と、前記光合成部により出射されたレーザ光を、第１分割光及び第２分割光に分割する部分透過ミラーと、前記第１分割光の光量を検出するパワーモニタと、前記第２分割光を出射ヘッドに導く伝送ファイバと、電流指令値に応じた電流を前記複数のレーザダイオードに流す電源と、前記電流指令値を出力することにより、前記複数のレーザダイオードに前記レーザ光を連続して出射させる発光制御を実行する制御部とを備えたレーザ加工装置であって、パラメータ記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づくパラメータを前記パラメータ記憶部に保存し、各前記発光制御中に、当該発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づいて前記電流指令値を算出する第１モードと、過去の前記発光制御中の前記パワーモニタの検出値に基づく前記パラメータ記憶部に保存された前記パラメータを参照して、前記電流指令値を算出する第２モードとで動作可能であることを特徴とする。
【0007】
これにより、発光制御中のパワーモニタの検出値が安定しない期間に、制御部に、過去の発光制御中のパワーモニタの実際の検出値に基づく電流指令値を出力させることができる。したがって、パワーモニタの検出値が安定しない期間に、制御部に、パワーモニタの不安定な検出値に基づく電流指令値を出力させる場合に比べ、出射ヘッドの光出力を精度良く制御できる。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、パワーモニタの検出値が安定しない期間にも、出射ヘッドの光出力を精度良く制御できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図2】レーザ装置周りの構成を示す模式図である。
【図3】レーザ光出射部及び光合成部の詳細な構成を示す模式図である。
【図4】複数のレーザモジュールの構成を示す模式図である。
【図5】レーザモジュールの側面図である。
【図6】レーザモジュールの正面図である。
【図7】レーザ加工装置の指令値算出動作を示すフローチャートである。
【図8】電流指令値を常に出荷時の定格出力電流値とした場合における，レーザダイオードバーが使用によりある程度劣化した状態でのパワーモニタの検出値に基づいて得られる出力換算値、出射ヘッドの実際の光出力、及び電流指令値を例示するタイミングチャートである。
【図11】実施形態２における，パワーモニタの検出値に基づいて得られる出力換算値を例示するタイミングチャートである。
【図12】実施形態３における，電流指令値を例示するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【0011】
《実施形態１》
図１は、金属製の加工対象物としてのワークＷの切断、溶接といったレーザ加工に用いられる本開示の実施形態１に係るレーザ加工装置１００を示す。同図に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ装置１０と伝送ファイバ４０と出射ヘッド５０と制御装置６０と電源７０と指令部８０とを備えている。レーザ装置１０と、レーザ装置１０よりレーザ光が出射される端部（以下、単に出射端という。）と、レーザ装置１０より伝送ファイバ４０にレーザ光が入射される端部（以下、単に入射端という。）とは筐体９０に収容されている。
図１は、金属製の加工対象物としてのワークＷの切断、溶接といったレーザ加工に用いられる本開示の実施形態１に係るレーザ加工装置１００を示す。同図に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ装置１０と伝送ファイバ４０と出射ヘッド５０と制御装置６０と電源７０と指令部８０とを備えている。レーザ装置１０と、レーザ装置１０よりレーザ光が出射される端部（以下、単に出射端という。）と、レーザ装置１０より伝送ファイバ４０にレーザ光が入射される端部（以下、単に入射端という。）とは筐体９０に収容されている。
【0012】
レーザ装置１０は、図２に示すように、レーザ光出射部１１と、光合成部１２と、部分透過ミラー１３と、散乱光検出部としてのパワーモニタ１４と、集光ユニット１６とを備えている。
【0013】
レーザ光出射部１１は、図３に示すように、互いに異なる波長のレーザ光ＬＢ１を発する例えば１０個のレーザモジュール３０を有している。各レーザモジュール３０は、図４～６に示すように、レーザダイオードバー（ＬＤバー）３１を有しており、レーザダイオードバー３１は、並列に配置された複数のエミッタ３１ｂを有する半導体レーザアレイである。言い換えるとレーザダイオードバー３１は、エミッタ３１ｂを有する並列に配置された複数のレーザダイオードからなる半導体レーザアレイである。レーザダイオードバー３１は、平面視矩形状の平板形状をなし、その一方の面には板状の正電極３２が配置され、正電極３２の一方の面が取り付けられている。また、レーザダイオードバー３１の他方の面には、正電極３２よりも広い板状の負電極３３が配置され、負電極３３の一方の面の一部が取り付けられている。レーザダイオードバー３１の一側面が、レーザ光ＬＢ１を出射するレーザ光出射面３１ａを構成している。各電極（正電極３２，負電極３３）には、配線３５が接続され、当該配線３５を介して後述する電源７０から電流（電力）が供給される。なお、一つのレーザダイオードバー３１に含まれるエミッタ３１ｂの個数は、例えば５０個に設定される。１０個のレーザモジュール３０のレーザダイオードバー３１は、互いに直列に接続されている。
【0014】
光合成部１２は、レーザ光出射部１１に含まれるレーザダイオードから出射されたレーザ光ＬＢ１を集光する。具体的には、光合成部１２は、１０個のレーザモジュール３０からそれぞれ出射されたレーザ光ＬＢ１を集光する第１集光レンズ１２ａと、第１集光レンズ１２ａにより出射されたレーザ光を反射させる反射鏡１２ｂとを備えた光学ユニットである。
【0015】
部分透過ミラー１３は、光合成部１２の反射鏡１２ｂにより出射されたレーザ光を、第１分割光ＬＢ２及び第２分割光ＬＢ３に分割する。具体的には、部分透過ミラー１３は、光合成部１２の反射鏡１２ｂにより出射されたレーザ光の一部を第１分割光ＬＢ２として透過させる一方、残りを第２分割光ＬＢ３として反射させる。
【0016】
パワーモニタ１４は、部分透過ミラー１３を透過した第１分割光ＬＢ２の光量を検出する。パワーモニタ１４は、例えば、第１分割光ＬＢ２を減衰させて出力する減衰部と、減衰部の出力を検出するフォトダイオードとで構成される。
【0017】
集光ユニット１６は、部分透過ミラー１３を反射した第２分割光ＬＢ３を集光し、所定の倍率でビーム径を縮小して伝送ファイバ４０に入射させる第２集光レンズ１６ａと、伝送ファイバ４０の入射端が接続されるコネクタ（図示せず）とを有している。
【0018】
伝送ファイバ４０は、集光ユニット１６の第２集光レンズ１６ａに光学的に結合され、当該第２集光レンズ１６ａを介してレーザ装置１０から受け取った第２分割光ＬＢ３を出射ヘッド５０に導く。
【0019】
出射ヘッド５０は、伝送ファイバ４０から出力されるレーザ光ＬＢ４を外部に向けて照射する。例えば、出射ヘッド５０は、所定の位置に配置されたワークＷに向けて、レーザ光ＬＢ４を出射する。このようにすることで、ワークＷにレーザ加工が施される。
【0020】
制御装置６０は、具体的には、制御部６１と、パラメータ記憶部６２とを有している。制御部６１の機能は、コンピュータによって実現される。制御部６１は、電流指令値を電源７０に出力することにより、レーザダイオードバー３１に前記レーザ光ＬＢ１を連続して出射させる発光制御を実行する。制御部６１は、発光制御中に、第１モードと第２モードとで動作可能である。
【0021】
なお、制御部６１は、発光制御中に最後に取得したパワーモニタ１４の検出値に基づく補正値を、パラメータとしてパラメータ記憶部６２に保存する。
【0022】
第１モードにおいて、制御部６１は、後述する電流指令値更新動作を、所定時間毎に繰り返す。電流指令値更新動作は、パワーモニタ１４の検出値を取得し、取得した検出値に基づいて、電流指令値の補正値を算出し、算出した補正値を、後述する指令部８０により出力される指令信号に基づく電流指令値に加算することにより、新たな電流指令値を算出する動作である。補正値は、パワーモニタ１４の検出値と、初期設定動作で設定された設定値との差分に基づいて、パワーモニタ１４の検出値が設定値となるように算出される。したがって、第１モードにおいて、電源７０に出力される電流指令値は、所定時間毎に更新される。ここで、所定時間、すなわち電流指令値更新動作が行われる周期は、１ｎｓ～１ｓに設定される。
【0023】
第２モードにおいて、制御部６１は、前回の発光制御中の最後に取得したパワーモニタ１４の検出値に基づくパラメータ記憶部６２に保存された補正値を参照し、電流指令値を算出する。制御部６１による制御の詳細については、後述する。
【0024】
パラメータ記憶部６２には、初期値として０が設定される。レーザ加工装置１００が出荷されて発光制御が１回以上実行された後には、パラメータ記憶部６２に、前回の発光制御中の最後に取得されたパワーモニタ１４の検出値に基づく補正値が保存される。
【0025】
電源７０は、制御部６１によって算出された電流指令値に応じた電流を、前記レーザ光出射部１１に含まれるレーザダイオードバー３１及び配線３５に流す。
【0026】
指令部８０は、出射ヘッド５０の光出力（出射光の出力）の目標値を示す入力をユーザから受け付け、当該目標値を示す指令信号を制御部６１に出力する。指令部８０は、レーザ光ＬＢ４の出力の停止を指示する入力も、ユーザから受け付け、停止指示を制御部６１に出力する。また、指令部８０は、制御部６１の出力に応じた表示（出力）を行うモニタを有している。
【0027】
次に、上述のように構成されたレーザ加工装置１００の動作について説明する。
【0028】
上述のように構成されたレーザ加工装置１００は、出荷時に、初期設定動作を実行する。初期設定動作は、制御部６１が、電流指令値として所定の定格出力電流値を出力することにより、レーザ光出射部１１に含まれるレーザダイオードバー３１に当該定格出力電流値の電流を流し、このときのパワーモニタ１４の検出値を設定値として設定する動作である。また、このときの出射ヘッド５０の実際の光出力は、定格出力となる。
【0029】
また、レーザ加工装置１００は、ユーザの指令部８０への入力に応じて、発光動作を行うことにより、レーザ加工を行える。具体的には、レーザ加工装置１００は、図７に示す発光動作を実行する。
【0030】
ユーザが、出射ヘッド５０の光出力の目標値を示す入力を指令部８０に行うと、指令部８０がこれを受け付け、当該目標値を示す指令信号を制御部６１に出力する。これに応じて、Ｓ１０１において、制御部６１は、レーザダイオードバー３１にレーザ光ＬＢ１を連続して出射させる発光制御を開始する。具体的には、制御部６１は、パラメータ記憶部６２に保存された補正値を、指令部８０により出力された指令信号に応じた電流指令値に加算することにより、電流指令値を算出し、電源７０に出力する。これにより、制御部６１は、算出した電流指令値に応じた電流を、レーザ光出射部１１に含まれるレーザダイオードバー３１に流し始める。これにより、レーザ光出射部１１がレーザ光ＬＢ１の出射を開始する。
【0031】
次いで、Ｓ１０２において、制御部６１は、ｋ＝１、ｎ＝０とする。ｋは、レーザ光出射部１１がレーザ光ＬＢ１の出射を開始してから、パワーモニタ１４の検出値の１秒間の平均値を何回目に取得するかを示す値である。ｎは、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値を何回連続で取得しているかを示す値である。Ｓ（ｋ）は、レーザ光出射部１１がレーザ光ＬＢ１の出射を開始してからｋ回目に取得した平均値である。
【0032】
次いで、Ｓ１０３において、制御部６１は、１秒が経過するのを待つ。そして、１秒が経過すると、経過した１秒間におけるパワーモニタ１４の検出値の平均値を取得し、当該平均値をＳ（ｋ）とする。なお、パワーモニタ１４の検出値のサンプリング間隔は、例えば、１０μｓに設定される。
【0033】
次いで、Ｓ１０４において、制御部６１は、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０が満たされているか否かを判定する。満たされている場合には、Ｓ１０５に進む一方、満たされていない場合には、Ｓ１０６に進む。なお、Ｓ（０）は、０とする。
【0034】
Ｓ１０５では、制御部６１が、ｎ＝ｎ＋１とするとともにｋ＝ｋ＋１とし、Ｓ１０７に進む。
【0035】
Ｓ１０６では、制御部６１が、ｋ＝ｋ＋１、ｎ＝０とし、Ｓ１０３に戻る。
【0036】
Ｓ１０７では、制御部６１が、ｎ＝３であるか否かを判定し、ｎ＝３である場合にはＳ１０８に進み、ｎ＝３でない場合にはＳ１０３に戻る。
【0037】
Ｓ１０８では、制御部６１が、第１モードでの動作を開始する。そして、以降、制御部６１は、上記電流指令値更新動作を、所定時間毎に繰り返す。これに応じて、電源７０は、レーザ光出射部１１に含まれるレーザダイオードバー３１に、最近の電流指令値更新動作により算出された電流指令値に応じた電流を流す。第１モードでの動作中に、停止指示を指令部８０が出力すると、動作は、Ｓ１０９に進む。
【0038】
Ｓ１０９では、制御部６１は、最近の電流指令値更新動作で算出した補正値を、パラメータ記憶部６２に保存し、電流指令値を０とすることにより、レーザダイオードバー３１によるレーザ光ＬＢ１の出射を停止する。
【0039】
したがって、上記Ｓ１０１で開始される発光制御が、出荷後２回目以降の発光制御である場合、Ｓ１０１において、制御部６１は第２モードの動作を開始することになる。
【0040】
仮に、電流指令値を常に出荷時の定格出力電流値とした場合、レーザダイオードバー３１が使用によりある程度劣化していると、図８に示すように、出射ヘッド５０の実際の光出力が、定格出力を下回る。図８において、レーザ光ＬＢ１の出射開始直後には、レーザ加工装置１００内の温度変化により光軸ずれが生じ、伝送ファイバ４０からの散乱光が増大し、パワーモニタ１４の検出値に基づいて得られる出力換算値が、定格出力を上回っている。その後、光軸ずれが収まると、パワーモニタ１４の検出値に基づいて得られる出力換算値は、定格出力を下回った状態で安定する。
【0041】
また、電流指令値を出荷時の定格出力電流値として発光制御を開始した後、パワーモニタ１４の検出値に基づく指令値の算出を、所定時間毎に繰り返すようにした場合、図９に示すように、レーザ光ＬＢ１の出射開始直後は、上記光軸ずれに起因するパワーモニタ１４の検出値の増大を抑制するように、電流指令値が、定格出力電流値よりも小さく制御される。これにより、出射ヘッド５０の実際の光出力が、定格出力を下回る。その後、光軸ずれが収まると、電流指令値が、定格出力電流値よりも大きく制御され、出射ヘッド５０の実際の光出力が、定格出力とほぼ等しくなった状態で安定する。
【0042】
これらに対し、本実施形態１では、図１０に示すように、光軸ずれに起因してパワーモニタ１４の検出値が増大している間、制御部６１が、前回の発光制御の最後に取得されたパワーモニタ１４の検出値に基づいて、電流指令値を算出する。したがって、光軸ずれに起因してパワーモニタ１４の検出値が増大している間にも、出射ヘッド５０の実際の光出力は、定格出力とほぼ等しくなる。また、光軸ずれが収まった後には、制御部６１が、電流指令値更新動作を所定時間毎に繰り返すので、電流指令値が、定格出力電流値よりも大きくなり、出射ヘッド５０の実際の光出力が、定格出力とほぼ等しくなった状態で安定する。図８～１０において、タイミングｔ１は、光軸ずれの収まるタイミングであり、本実施形態１において第１モードの動作が開始されるタイミングを示す。
【0043】
このように、本実施形態１では、発光制御中のパワーモニタ１４の検出値が安定しない期間に、制御部６１に、過去の発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づく電流指令値を出力させることができる。したがって、パワーモニタ１４の検出値が安定しない期間に、制御部６１に、パワーモニタ１４の不安定な検出値に基づく電流指令値を出力させる場合に比べ、出射ヘッド５０の光出力を精度良く制御させることができる。
【0044】
また、第２モードにおいて、制御部６１に、前回の発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づく電流指令値を算出させるので、前々回以前の発光制御中のパワーモニタ１４の検出値に基づく電流指令値を算出させる場合に比べ、検出値の取得時から当該検出値に基づく電流指令値の算出時までのレーザダイオードバー３１の劣化が小さい。したがって、出射ヘッド５０の光出力を精度良く制御できる。
【0045】
また、第２モードにおいて、制御部６１に、電流指令値の算出を、前回の発光制御の終了時におけるパワーモニタ１４の検出値に基づく補正値を参照して行わせるので、前回の発光制御の終了時よりも前におけるパワーモニタ１４の検出値に基づく補正値を参照して行わせる場合に比べ、検出値の取得時から当該検出値に基づく電流指令値の算出時までのレーザダイオードバー３１の劣化が小さい。したがって、出射ヘッド５０の光出力を精度良く制御できる。
【0046】
また、制御部６１が第１モードでの動作を開始するタイミングを、制御部６１が、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値（Ｓ（ｋ））を３回連続で取得し終えたことを認識した直後のタイミングとするので、パワーモニタ１４の不安定な検出値に基づいて電流指令値が出力されたり、パワーモニタ１４の検出値が安定した後、レーザダイオードバー３１の劣化により、出射ヘッド５０の実際の光出力が低下するのを抑制できる。
【0047】
《実施形態２》
本開示の実施形態２に係るレーザ加工装置１００では、Ｓ１０８で、制御部６１が、第１モードでの動作の開始時におけるパワーモニタ１４の検出値の変動が、所定の第１閾値を超えるか否かの判定をさらに行う。そして、制御部６１が、判定結果を指令部８０のモニタに出力させる。
本開示の実施形態２に係るレーザ加工装置１００では、Ｓ１０８で、制御部６１が、第１モードでの動作の開始時におけるパワーモニタ１４の検出値の変動が、所定の第１閾値を超えるか否かの判定をさらに行う。そして、制御部６１が、判定結果を指令部８０のモニタに出力させる。
【0048】
実施形態２に係るレーザ加工装置１００のその他の構成及び動作は、実施形態１と同じである。
【0049】
図１１に示すように、レーザ発振の開始時に光合成部１２の光学素子が損傷すると、損傷のない場合（図１０）に比べて、第１モードに切り替わる前の第２モードでの動作期間において、パワーモニタ１４のレベルが低下する。これにより、第１モードでの動作の開始時におけるパワーモニタ１４の検出値の変動が、損傷のない場合（図１０）に比べて大きくなる。したがって、第１モードでの動作の開始時におけるパワーモニタ１４の検出値の変動が、第１閾値を超えるか否かの判定結果を指令部８０のモニタに出力させることにより、光合成部１２の光学素子に不具合があるか否かをユーザに認識させることができる。
【0050】
上記第１閾値は、１つのレーザモジュール３０がレーザ光ＬＢ１を出射しなくなった場合のパワーモニタ１４の検出値の変動量分に設定することが好ましい。これにより、レーザモジュール３０がレーザ光ＬＢ１を突然出射しなくなるという不具合とは異なる光合成部１２の光学素子の不具合を、制御部６１が検出できる。例えば、レーザモジュール３０を５０個設けた場合、上記第１閾値を、変動直前のパワーモニタ１４の検出値の±２％に設定することにより、光合成部１２の光学素子の不具合を検出できる。
【0051】
《実施形態３》
本開示の実施形態３に係るレーザ加工装置１００では、Ｓ１０８で、制御部６１が、第１モードでの動作中における電流指令値更新動作により算出される電流指令値と、第１モードでの動作開始時における電流指令値との差が、所定の第２閾値を超えるか否かの判定をさらに行う。そして、制御部６１は、この判定結果を指令部８０のモニタに出力させる。
本開示の実施形態３に係るレーザ加工装置１００では、Ｓ１０８で、制御部６１が、第１モードでの動作中における電流指令値更新動作により算出される電流指令値と、第１モードでの動作開始時における電流指令値との差が、所定の第２閾値を超えるか否かの判定をさらに行う。そして、制御部６１は、この判定結果を指令部８０のモニタに出力させる。
【0052】
実施形態３に係るレーザ加工装置１００のその他の構成及び動作は、実施形態１と同じである。
【0053】
例えば、図１２に示すように、レーザ発振中に光合成部１２の光学素子の損傷が進行すると、電流指令値更新動作により算出される電流指令値が徐々に上昇する。したがって、第１モードでの動作中における電流指令値更新動作により算出される電流指令値と、第１モードでの動作開始時における電流指令値との差が、所定の第２閾値を超えるか否かの判定結果を指令部８０のモニタに出力させることにより、光合成部１２の光学素子に不具合があるか否かをユーザに認識させることができる。
【0054】
なお、制御部６１が、第１モードでの動作中に電流指令値更新動作により算出される電流指令値と、第１モードでの動作開始時における電流指令値との差が、所定の第２閾値を超えるか否かに代えて、第１モードでの動作中に電流指令値更新動作により算出される電流指令値の微分値（傾き）、又は単位時間当たりの上昇値が所定の閾値を超えるか否かを判定するようにしてもよい。
【0055】
《その他の変形例》
また、上記実施形態１～３では、制御部６１が、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値Ｓ（ｋ）を３回連続で取得し終えたという条件が満たされたか否かの判定を行い、当該条件が満たされている場合には、第１モードで動作し、当該条件が満たされていない場合には、第２モードで動作した。しかし、制御部６１を第１モードで動作させる条件を、パワーモニタ１４の検出値に基づく他の条件にしてもよい。例えば、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値を３回以外の所定回数以上連続で取得し終えたという条件としてもよい。
また、上記実施形態１～３では、制御部６１が、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値Ｓ（ｋ）を３回連続で取得し終えたという条件が満たされたか否かの判定を行い、当該条件が満たされている場合には、第１モードで動作し、当該条件が満たされていない場合には、第２モードで動作した。しかし、制御部６１を第１モードで動作させる条件を、パワーモニタ１４の検出値に基づく他の条件にしてもよい。例えば、－０．０１＜（Ｓ（ｋ）－Ｓ（ｋ－１））／Ｓ（ｋ）＜０を満たす平均値を３回以外の所定回数以上連続で取得し終えたという条件としてもよい。
【0056】
また、上記実施形態１～３において、図１３に示すように、伝送ファイバ４０からの散乱光の光量を検出する散乱光検出部１５をパワーモニタ１４とは別に設けてもよい。そして、パワーモニタ１４の検出値の平均値に代えて、散乱光検出部１５の検出値の平均値をＳ（ｋ）としてもよい。
【0057】
また、散乱光検出部１５をパワーモニタ１４よりも伝送ファイバ４０からの散乱光が多く入射する位置に配置すると、レーザ光出射部１１がレーザ光ＬＢ１の出射を開始した直後に、光軸ずれ等によって伝送ファイバ４０からの散乱光が増大すると、散乱光検出部１５の検出値に基づいて算出される出射ヘッド５０の光出力が、パワーモニタ１４の検出値に基づいて算出される出射ヘッド５０の光出力よりも大きくなる。このような場合には、制御部６１を第１モードで動作させる条件を、散乱光検出部１５の検出値に基づいて算出される出射ヘッド５０の光出力から、パワーモニタ１４の検出値に基づいて算出される出射ヘッド５０の光出力を引いた差が、所定閾値以下となるという条件としてもよい。
【0058】
また、上記実施形態１～３において、制御部６１は、第２モードにおける電流指令値の算出を、前回の発光制御中の最後に取得されたパワーモニタ１４の検出値に基づく補正値に基づいて行った。しかし、制御部６１が、第２モードにおける電流指令値の算出を、前回の発光制御より前の発光制御中に取得された検出値に基づく補正値に基づいて行うようにしてもよい。また、制御部６１が、補正値ではなく、パワーモニタ１４の検出値に基づく他のパラメータを、パラメータ記憶部６２に保存し、第２モードにおいて参照するようにしてもよい。例えば、制御部６１が、パワーモニタ１４の検出値、又は当該検出値に基づく電流指令値をパラメータとしてパラメータ記憶部６２に保存し、第２モードにおいて参照するようにしてもよい。また、制御部６１が、１回の発光制御中に、パワーモニタ１４の検出値に基づくパラメータを、所定周期で複数回取得してパラメータ記憶部６２に保存し、その後、第２モードにおいて、複数のパラメータを参照して、電流指令値を算出するようにしてもよい。例えば、制御部６１が、第２モードにおいて、複数のパラメータの平均値に基づいて、電流指令値を算出するようにしてもよい。
【0059】
また、上記実施形態１～３では、光合成部１２を、第１集光レンズ１２ａと反射鏡１２ｂとを備えた光学ユニットとしたが、レーザ光出射部１１及び部分透過ミラー１３との位置関係によっては、光合成部１２を、第１集光レンズ１２ａだけで構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0060】
本開示のレーザ加工装置は、パワーモニタの検出値が安定しない期間にも、制御部に、出射ヘッドの光出力を精度良く制御させることができ、複数のレーザダイオードから出射されたレーザ光を集光して出射ヘッドから出射するレーザ加工装置として有用である。
【符号の説明】
【0061】
１００ レーザ加工装置
１２ 光合成部
１２ａ 第１集光レンズ
１３ 部分透過ミラー
１４ パワーモニタ（散乱光検出部）
１５ 散乱光検出部
３１ レーザダイオードバー（レーザダイオード）
４０ 伝送ファイバ
５０ 出射ヘッド
６１ 制御部
６２ パラメータ記憶部
７０ 電源
ＬＢ１ レーザ光
ＬＢ２ 第１分割光
ＬＢ３ 第２分割光
１２ 光合成部
１２ａ 第１集光レンズ
１３ 部分透過ミラー
１４ パワーモニタ（散乱光検出部）
１５ 散乱光検出部
３１ レーザダイオードバー（レーザダイオード）
４０ 伝送ファイバ
５０ 出射ヘッド
６１ 制御部
６２ パラメータ記憶部
７０ 電源
ＬＢ１ レーザ光
ＬＢ２ 第１分割光
ＬＢ３ 第２分割光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
